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分子內(nèi)能是物體內(nèi)部所有的分子作無規(guī)則運動的動能和分子互相作用的勢能之和。后者取決于分子的平均振動速率,前者取決于分子間的距離和互相作用的分子間斥力即范德華力。
分子內(nèi)能和分子動理論知識要點
1、分子動理論
(1)分子動理論內(nèi)容:物質(zhì)是由分子構(gòu)成的,一切物質(zhì)的分子永不停歇地做無規(guī)則的運動,分子間存在互相作用的引力和作用力。
(2)擴散:不同物質(zhì)在互相接觸時,彼此步入對方的現(xiàn)象,稱作擴散。擴散現(xiàn)象表明一切物質(zhì)的分子永不停歇地做無規(guī)則的運動。
2、內(nèi)能及其內(nèi)能的改變
(1)內(nèi)能:物體內(nèi)部所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和,稱作物體的內(nèi)能。同一物體且物體的狀態(tài)不發(fā)生變化時,氣溫下降,物體的內(nèi)能減小,反之,物體濕度增加時,物體的內(nèi)能一定降低。但物體的內(nèi)能減小時,氣溫卻不一定下降。諸如晶體融化。
(2)改變物體內(nèi)能的方式:做功和熱傳遞
①做功改變物體的內(nèi)能:物體對外界做功,物體的內(nèi)能減低;外界對物體做功,物體的內(nèi)能就降低。
②熱傳遞改變物體的內(nèi)能:物體吸收熱量,內(nèi)能降低;物體放出熱量,內(nèi)能減低。在熱傳遞過程中,低溫物體內(nèi)能減低叫放出熱量,高溫物體內(nèi)能降低叫吸收熱量。
③做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。
3、內(nèi)能和機械能的比較
內(nèi)能是微觀量,由物體內(nèi)部分子運動和互相作用決定,跟氣溫有關(guān);機械能是宏觀量,由整個物體的機械運動狀態(tài)決定,跟物體運動的速率、高度及彈性形變量有關(guān)。
物體可以同時具有內(nèi)能和機械能,但物體有時可能沒有機械能,但內(nèi)能卻肯定有,如靜止在地面上的物體,對地面而言沒有被舉高,故其機械能為零,但其內(nèi)部卻存在著永不停歇的分子運動和互相作用,在一定條件下,內(nèi)能和機械能可以互相轉(zhuǎn)化。
4、比熱容
單位質(zhì)量的某種物質(zhì),氣溫下降(或減少)1℃吸收(或放出)的熱量稱作這些物質(zhì)的比熱容。用c表示,在國際單位制中,比熱容的單位是J/(kg·℃)。
比熱容是描述物質(zhì)力學(xué)特點的數(shù)學(xué)量,每種物質(zhì)都有自己的比熱容,不同物質(zhì)比熱容不同。但同一種物質(zhì)的物態(tài)不同,比熱容則可以不同,如水和冰。
5、熱量的估算公式
放熱公式:Q吸=cm(t-t0)
吸熱公式:q放=cm(t0-t)
上式中的c表示物質(zhì)的比熱容,m表示物體的質(zhì)量,t0表示物體的初溫,t表示物體的末溫。t-t0表示物體下降的氣溫,t0-t表示物體增加的體溫。
6、能量守恒定理
大量的事實告訴我們,能量既不會剿滅也不會創(chuàng)生,它只能從一種方式轉(zhuǎn)化為其他方式,或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總數(shù)保持不變。
分子內(nèi)能和分子動理論例題剖析
例1:關(guān)于擴散現(xiàn)象,下述說法中正確的是()
A、氣體之間發(fā)生擴散,固體、液體之間不發(fā)生擴散
B、擴散現(xiàn)象表明分子間存在作用力
C、擴散現(xiàn)象表明分子不停地做無規(guī)則運動
D、溫度越高,擴散越快
剖析:擴散是因為物體內(nèi)分子不停地做無規(guī)則運動所造成的一種現(xiàn)象。由于固體、液體的分子也在不停地做無規(guī)則運動,所以固體、液體之間也會發(fā)生擴散。當(dāng)體溫下降時,分子無規(guī)則運動速率推進(jìn),擴散就推進(jìn)。
答案:C、D
例2:關(guān)于物體的內(nèi)能和體溫,下述說法中正確的是()
A、物體的內(nèi)能跟氣溫有關(guān),物體的內(nèi)能越大,濕度越高
B、物體的內(nèi)能跟氣溫有關(guān),物體的氣溫下降,內(nèi)能減小
C、物體的內(nèi)能只與濕度有關(guān)分子內(nèi)能,所以氣溫高的物體內(nèi)能一定大
D、物體的內(nèi)能和濕度有關(guān),內(nèi)能大的物體氣溫一定高
剖析:物體內(nèi)部所有分子做無規(guī)則運動的動能和分子勢能的總和,稱作物體的內(nèi)能。對內(nèi)能理解應(yīng)注意以下幾點:
(1)一切物體都有內(nèi)能。物體不論大小、溫度高低,物體內(nèi)分子都在做無規(guī)則運動,具有分子動能,因而任何一個物體都具有內(nèi)能。
(2)影響物體內(nèi)能的誘因:
①物體內(nèi)分子的個數(shù)、分子的質(zhì)量;
②分子熱運動的激烈程度(對應(yīng)物體的氣溫);
③分子間的互相作用情況(對應(yīng)物體的狀態(tài))。
(3)內(nèi)能是不同于機械能的另一種方式的能。
解:物體的內(nèi)能不只與物體的氣溫有關(guān),還與物體的質(zhì)量、物態(tài)、體積等誘因有關(guān),所以A、C、D錯誤,B正確。
例3:下邊所舉的例子中,通過克服磨擦做功改變物體內(nèi)能的是()
A、鋸木頭時鋸片發(fā)燙
B、用手來回彎折鐵絲,鐵絲變熱
C、衛(wèi)星殘片墜人大氣層時毀壞
D、劃火柴取火
剖析:A:鋸木頭是克服磨擦做功,使鋸床的氣溫下降,內(nèi)能降低。B:反復(fù)把鐵絲弄彎弄直,是手對鐵絲做功,鐵絲內(nèi)能降低。C:衛(wèi)星殘片步入大氣層后會與空氣發(fā)生劇烈磨擦,殘片克服磨擦做功,氣溫大幅下降而毀壞。D:劃火柴是克服磨擦做功,火柴頭氣溫大幅下降,達(dá)到燃點就會燃燒,進(jìn)而達(dá)到取火的目的。
例4:關(guān)于熱量、內(nèi)能、溫度的關(guān)系,下述說法中正確的是()
A:物體吸收了熱量,它的內(nèi)能一定減小,氣溫一定下降
B:物體的內(nèi)能減小一定是吸收了熱量,氣溫可能下降
C:物體的氣溫下降,內(nèi)能減小,可能是吸收了熱量
D:若只發(fā)生熱傳遞,物體吸收熱量氣溫可能不變,但內(nèi)能一定減小
剖析:本題的關(guān)鍵是正確理解體溫、內(nèi)能和熱量這三個概念。
熱量:在熱傳遞過程中物體內(nèi)能的變化只能用熱量來量度。物體降低或減輕了多少內(nèi)能,就吸收或放出了多少熱量。不能說物體富含多少熱量。
內(nèi)能:物體內(nèi)全部分子無規(guī)則運動所具有的動能和分子間的互相作用而具有的分子勢能的總和。
室溫:表示物體的冷熱程度。從分子動理論的觀點來看,氣溫是物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動激烈程度的標(biāo)志,它是大量分子熱運動的集中表現(xiàn),對于某些分子來講,氣溫是沒有意義的。
解:當(dāng)物體吸收熱量時,內(nèi)能降低,但氣溫不一定下降。諸如:晶體融化,內(nèi)能減小,但氣溫并沒有下降,所以A錯。改變物體內(nèi)能的方式有兩種,做功和熱傳遞。物體內(nèi)能減小可能是吸收了熱量,也可能是對物體做了功,所以B錯。
答案:C、D。
例5:下述說法中正確的是()
A、一杯水用去一半,它的比熱容減為原先的二分之一
B、吸收熱量多的物質(zhì),比熱容一定大
C、水和冰的比熱容相同
D、質(zhì)量相同的水和煤油,吸收了相同的熱量,煤油下降的氣溫小于水下降的氣溫
剖析:比熱容是物質(zhì)的一種特點,與它的質(zhì)量、體積、溫度無關(guān),故A錯;從比熱容的定義可知,比較兩種物質(zhì)的比熱容,應(yīng)該是在質(zhì)量、升高的氣溫相同的條件下,比較它們吸收熱量的多少,故B缺乏條件,B不正確;查比熱容表可知,同種物質(zhì)在不同狀態(tài)時比熱容是不同的,故C錯;因為水的比熱容小于煤油的比熱容,所以當(dāng)質(zhì)量相同的水和煤油吸收相同的熱量時,煤油下降的氣溫多。
答案:D
例6:在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,為了保護秧田夜晚不致凍傷,夜晚時要向秧苗里多灌些水,這是由于水()
A、密度大
B、比熱容大
C、溫度高
D、熱膨脹大
剖析:晚上,在太陽光的照射下,田里水的氣溫下降分子內(nèi)能,晚上時,將這氣溫較高的水灌入秧苗里。夜晚氣溫驟降,水的氣溫增加,因為水的比熱容大,所以能放出較多的熱量,進(jìn)而保護秧田夜晚不致凍傷。
答案:B